Le ventilateur de refroidissement : commande PWM, cartographie et priorités

Le ventilateur de refroidissement — le groupe motoventilateur, ou GMV — force le passage de l'air à travers le radiateur quand l'air de la route ne suffit pas : à l'arrêt, à basse vitesse, en côte, en charge ou quand la climatisation tourne. Sur un véhicule récent, ce n'est plus un simple ventilateur qui s'allume à un seuil : c'est un actionneur piloté finement par le calculateur, arbitrant entre plusieurs demandes.

De l'interrupteur thermique au pilotage fin

Les montages anciens fonctionnaient en tout ou rien : un contacteur thermique dans le radiateur fermait le circuit du ventilateur à une température donnée, souvent avec deux vitesses obtenues par une résistance série et un second relais. Certains moteurs à ventilateur mécanique utilisaient un embrayage viscocoupleur dont l'accouplement augmentait avec la chaleur. Ces solutions ne connaissaient qu'un ou deux points de fonctionnement.

Le ventilateur moderne est un moteur électrique sans balais entraîné par un module de puissance, commandé en PWM : le calculateur envoie un rapport cyclique qui fixe une vitesse continûment variable, de quelques pour cent à plein régime. Voir la commande PWM. La vitesse n'est plus un palier, c'est une consigne calculée.

La cartographie et les entrées

Le calculateur détermine la vitesse du ventilateur à partir d'une cartographie qui croise plusieurs grandeurs :

• la température du liquide de refroidissement, entrée principale ;
• la pression du circuit de climatisation : plus le fluide frigorigène monte en pression au condenseur, plus il faut d'air pour l'évacuer ;
• la vitesse du véhicule : au-delà d'un certain seuil, l'air dynamique traversant la calandre suffit et le ventilateur se coupe ;
• la température d'air d'admission et celle du circuit basse température, la température d'huile de boîte, voire l'état des organes d'électrification.

Le résultat est une vitesse qui anticipe le besoin plutôt que de réagir à un seuil unique. Voir l'architecture du circuit.

Le moteur brushless et son module

Le ventilateur moderne est un moteur sans balais dont l'électronique de commande — le module de vitesse, ou variateur — est souvent intégrée au moteur lui-même. Le calculateur ne lui envoie qu'une consigne : un rapport cyclique sur un fil de commande, parfois un ordre passé sur un bus LIN. C'est le module qui asservit ensuite la vitesse réelle et renvoie un état. Un groupe motoventilateur est un gros consommateur — il peut appeler plusieurs dizaines d'ampères en pleine vitesse —, ce qui explique la sensibilité du circuit à l'alimentation et aux masses. Beaucoup de véhicules montent deux ventilateurs ou un ventilateur double, gérés ensemble, et une buse canalise l'air à travers le radiateur pour améliorer le rendement à l'arrêt. Sur les véhicules électrifiés, ce même groupe sert aussi à refroidir la batterie et l'électronique de puissance, ce qui ajoute des demandes concurrentes à arbitrer.

L'arbitrage des priorités

Le même ventilateur sert deux maîtres : le moteur et la climatisation. Le calculateur arbitre en prenant la demande la plus élevée. Concrètement, si la climatisation réclame une forte ventilation pour tenir la pression du condenseur alors que le moteur est encore tiède, c'est la demande de la climatisation qui l'emporte — et inversement. Si la pression du fluide frigorigène dépasse un seuil haut, le calculateur peut couper la climatisation pour protéger le circuit, priorité à l'intégrité mécanique. Cette logique d'arbitrage est la même que celle qui gouverne les demandes de couple concurrentes. Voir la structure de couple.

La post-ventilation

Après coupure du contact, le ventilateur peut continuer de tourner plusieurs minutes : c'est la post-ventilation. À l'arrêt, la chaleur accumulée dans le bloc n'est plus balayée par l'air de la route ni brassée par une pompe mécanique arrêtée ; elle remonte (phénomène de « heat soak ») et peut faire grimper la température locale, notamment au turbo. Le calculateur maintient donc le ventilateur — et souvent une pompe électrique — actifs tant que la température l'exige. Voir la pompe à eau. Un ventilateur qui se déclenche moteur coupé n'est pas une anomalie : c'est une protection.

Diagnostic

Le point de bascule utile : une surchauffe qui n'apparaît qu'à l'arrêt ou à basse vitesse, et disparaît en roulant, désigne presque toujours le circuit du ventilateur (moteur, module de puissance, signal de commande). À l'inverse, une surchauffe en charge à vitesse soutenue oriente vers le débit ou le radiateur. Voir l'aide-panne surchauffe moteur.

Les points à contrôler :

• le module de puissance (le variateur du ventilateur), pièce chaude et sollicitée, cause fréquente de panne ;
• le signal PWM de commande et le retour d'information de vitesse ;
• le comportement de repli : en cas de perte du signal de commande, beaucoup de ventilateurs passent en pleine vitesse par défaut — un ventilateur qui hurle en permanence trahit souvent une commande perdue, pas un excès de zèle ;
• l'alimentation et les masses, un ventilateur étant un gros consommateur.

Ces échanges de consignes transitent par les bus du véhicule ; une commande de ventilateur qui n'arrive pas peut être un problème de réseau autant que de puissance. Voir le bus de communication. Les codes associés figurent dans le dictionnaire DTC refroidissement, et le ventilateur poussé au maximum fait partie des réflexes de la protection thermique du moteur.

Voir aussi la commande PWM, le circuit de refroidissement et la protection thermique du moteur.

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